基于开关控制电感器的LLC谐振变换器制造技术

本发明专利技术提供一种基于开关控制电感器的LLC谐振变换器，LLC谐振变换器包括依次连接的H桥逆变器、谐振网络、高频变压器、整流网络和低通滤波网络，谐振网络包括谐振电感和谐振电容，其结构特点是：还包括全波开关控制电感器，该全波开关控制电感器与谐振网络的谐振电感并联。本发明专利技术结构相对简单，工作时损耗低并能显著改善现有谐振电路的传输特性，且能有效解决现有技术中与变频控制相关的诸如磁性元件的设计复杂性、性能恶化等问题。

【技术实现步骤摘要】
基于开关控制电感器的LLC谐振变换器
本专利技术涉及LLC谐振变换器，具体涉及一种基于开关控制电感器的LLC谐振变换器。
技术介绍
紧凑性和成本效益是HVDC和MVDC电力系统的首要要求。作为这些电力系统的重要组成部分，DC-DC变换器等电力电子器件，对整个电力系统的紧凑性指标起着重要的作用。增加变换器系统的开关频率在一定程度上克服了尺寸问题，但也带来了由于寄生电容和电感而导致开关损耗显著增加的问题。应用谐振变换器实现零电流开关(ZCS)或零电压开关(ZVS)以降低开关损耗是目前广泛采用的方法之一。谐振变换器是DC/DC变换器的一个大类，适用于高频和大功率应用。谐振变换器的工作方式不同于传统的脉冲宽度调制(PWM)控制的硬开关变换器。这类变换器采用谐振池阻抗控制，以单位功率因数实现所需的有功功率传输。谐振变换器通常由H桥逆变器、谐振池网络、整流网络和低通滤波网络构成。根据谐振池元件的串联和并联，谐振变换器分为串联谐振(SRC)、并联谐振(PRC)、LLC和LCC谐振变换器。与SRC和PRC相比，LCC和LLC谐振变换器具有更高的阶数和更高的性能特性。LCC谐振变换器的突出问题是宽输入/输出电压范围下的高导通损耗以及在低于谐振频率的工作频率下缺乏零电压开关操作。另一方面，与LCC相对应的另外一种谐振变换器LLC，具有以下几个优点，例如ZVS范围宽、效率高、EMI小和输出电压调节更好等。因此，LLC谐振变换器拓扑的广泛应用范围使其成为许多研究者的潜在选择。传统上，LLC谐振变换器采用可变开关频率控制策略，而变频控制技术的一个主要缺点是，输出电压调节是以牺牲工作频率带宽为代价的，这使得磁性元件的设计变得复杂。此外，频率控制LLC转换器可能会导致交错变换器的性能恶化。在交错变换器系统中，并联LLC变换器需要在相同的开关频率下工作，以消除移相现象引起的纹波。然而，在相同的开关频率下，由于谐振电感和电容参数的误差，不同LLC变换器模块之间的元件失配会导致电压增益不同。此外，变频控制还存在通过设计参数值来优化性能的问题，轻载或空载时的关键控制问题，以及控制电路复杂的问题。为了克服这些缺点，现有文献中提出了一种基于开关控制电容器(SCC)的固定频率LLC拓扑结构，但由于其谐振电感尺寸大、谐振池循环电流大，存在很大的局限性。另外，人们为了提高整个系统的效率，也尝试使用在高电流和高电压下工作的高频变频器。与传统转换器相比，它减轻了重量，然而，其也存在诸如需要高压功率半导体开关、成本高、物理设计困难等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是：针对现有技术中存在的问题，提供一种新型的基于开关控制电感器的LLC谐振变换器。本专利技术的技术方案是：本专利技术的基于开关控制电感器的LLC谐振变换器，其中LLC谐振变换器包括依次连接的H桥逆变器、谐振网络、高频变压器T1、整流网络和低通滤波网络，上述谐振网络包括谐振电感和谐振电容，其结构特点是：上述基于开关控制电感器的LLC谐振变换器还包括与上述谐振电感并联的开关控制电感器，上述开关控制电感器为全波开关控制电感器。进一步的方案是：上述开关控制电感器包括线性电感、MOS管Q1和MOS管Q2，上述线性电感的一端与MOS管Q1的漏极电连接，MOS管Q1的源极与MOS管Q2的源极电连接，开关控制电感器由线性电感的另一端以及MOS管Q2的漏极分别与上述谐振电感的两端对应电连接从而与谐振电感并联。进一步的方案是：上述开关控制电感器包括线性电感、MOS管Q1、MOS管Q2、二极管D5和二极管D6，上述MOS管Q1的漏极、MOS管Q2的源极以及线性电感的一端具有公共接点，MOS管Q1的源极与二极管D6的正极电连接，MOS管Q2的漏极与二极管D5的负极电连接，开关控制电感器由二极管D5的正极和二极管D6的负极具有的公共接点以及线性电感的另一端分别与上述谐振电感的两端对应电连接从而与谐振电感并联。进一步的方案是：上述开关控制电感器与上述谐振电感之间设有变压器T2，上述变压器T2的原边与上述谐振电感并联，变压器的副边与上述开关控制电感器并联。进一步的方案是：上述变压器T2为匝比可调的变压器。本专利技术具有积极的效果：(1)本专利技术利用SCI(即开关控制电感器)模拟可变电感，与现有的LLC谐振变换器的谐振电感并联，以改善谐振电路的传输特性，通过变电感电抗的方法实现了LLC谐振变换器的调压和软开关操作。(2)本专利技术除了LLC谐振电感的H桥软开关外，SCI开关也具有软开关特性，变换器的开关损耗显著降低。(3)本专利技术还通过在谐振电感与SCI之间设置一个变压器，以消除直流分量电流，不仅实现了输出电压的调节和软开关操作，而且有效地减小了谐振网络中的电感尺寸和无功功率。(4)本专利技术通过采用SCI技术，有效解决了现有技术中与变频控制相关的诸如磁性元件的设计复杂性、性能恶化等问题。附图说明图1为本专利技术的一种实施例的拓扑图；图2为图1中的SCI的工作波形示意图，其中：图(2a)中施加在MOS管Q1和Q2栅极的控制信号与加在SCI上的电压VL之间的相移β＝π/2，图(2b)中π/2<β<π，图(2c)中β＝π；图3为图1中SCI的等效电感与相移β的关系示意图；图4为本专利技术的第二种实施例的拓扑图；图5为本专利技术的第三种实施例的拓扑图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。(实施例1)见图1，本实施例的基于开关控制电感器的LLC谐振变换器，其主要由LLC谐振变换器和开关控制电感器(缩写为SCI)组成。LLC谐振变换器主要由依次连接的H桥逆变器、谐振网络、高频变压器T1、整流网络和低通滤波网络组成。其中，H桥逆变器由4个MOS管S1～S4组成，谐振网络包括谐振电感La和谐振电容CS，高频变压器T1具有磁化电感Lm，整流网络主要由4只二极管D1～D4组成，低通滤波网络主要由电容C0构成，图1中RL表示变换器的负载，LLC谐振变换器本身为现有技术，其结构和工作原理不作详述。开关控制电感器为全波SCI，开关控制电感器与前述谐振网络的谐振电感La并联。SCI是一种应用半导体功率开关控制电抗器电感量的机制，工作时，在保持开关频率恒定的前提下，通过SCI实现变电抗控制，整体拓扑结构简单。本实施例中，如图1所示，开关控制电感器包括线性电感Lb、MOS管Q1和MOS管Q2，线性电感Lb的一端与MOS管Q1的漏极电连接，MOS管Q1的源极与MOS管Q2的源极电连接，开关控制电感器由线性电感Lb的另一端以及MOS管Q2的漏极分别与谐振电感La的两端对应电连接从而与谐振电感La并联。使用时，MOS管Q1和MOS管Q2的栅极接配设的用于提供控制信号VG-Q1和VG-Q2的控制装置。参见图2，本实施例的基于开关控制电感器的LLC谐振变换器，其SCI的工作原理结合施加在SCI上的电压VL以及加于MOS管Q1和Q2的栅极上的控制信号VG-Q1和VG-Q2进行说明。控制信号与VL同步，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于开关控制电感器的LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器包括依次连接的H桥逆变器、谐振网络、高频变压器T1、整流网络和低通滤波网络，所述谐振网络包括谐振电感和谐振电容，其特征在于：所述基于开关控制电感器的LLC谐振变换器还包括与所述谐振电感并联的开关控制电感器，所述开关控制电感器为全波开关控制电感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于开关控制电感器的LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器包括依次连接的H桥逆变器、谐振网络、高频变压器T1、整流网络和低通滤波网络，所述谐振网络包括谐振电感和谐振电容，其特征在于：所述基于开关控制电感器的LLC谐振变换器还包括与所述谐振电感并联的开关控制电感器，所述开关控制电感器为全波开关控制电感器。


2.根据权利要求1所述的基于开关控制电感器的LLC谐振变换器，其特征在于：所述开关控制电感器包括线性电感、MOS管Q1和MOS管Q2，所述线性电感的一端与MOS管Q1的漏极电连接，MOS管Q1的源极与MOS管Q2的源极电连接，开关控制电感器由线性电感的另一端以及MOS管Q2的漏极分别与所述谐振电感的两端对应电连接从而与谐振电感并联。


3.根据权利要求1所述的基于开关控制电感器的LLC谐振变换器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜旭辉，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司常州供电分公司，国网江苏省电力有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32